DE102018107220A1 - Method for calculating a quantity of soot in a particle filter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Berechnung einer Rußmenge Ms in einem Partikelfilter (2) berücksichtigt bei der Berechnung eine Rußreduktion Min dem Partikelfilter (2). Für die Berechnung der Rußreduktion Mwird eine erste Partikelfiltertemperatur Tund eine Sauerstoffmenge Mo berücksichtigt.The invention relates to a method according to the invention for calculating a quantity of soot Ms in a particulate filter (2) which, in the calculation, takes into account a soot reduction Min of the particulate filter (2). For the soot reduction calculation, a first particulate filter temperature T and an oxygen amount Mo are considered.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung einer Rußmenge Ms in einem Partikelfilter, ein Abgasnachbehandlungssystem und ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to a method for calculating a soot amount Ms in a particulate filter, an exhaust aftertreatment system and a computer program product.
Die
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Berechnung einer Rußmenge Ms in einem Partikelfilter berücksichtigt bei der Berechnung eine Rußreduktion MSR in dem Partikelfilter, und berücksichtigt bei der Berechnung der Rußreduktion MSR eine erste Partikelfiltertemperatur T1 und eine Sauerstoffmenge Mo.The method according to the invention for calculating a soot quantity Ms in a particulate filter takes into account a soot reduction M SR in the particulate filter during the calculation, and takes into account a first particulate filter temperature T 1 and an oxygen quantity Mo in the calculation of the soot reduction M SR.
Der Partikelfilter hat die Aufgabe Ruß aus einem Abgasstrom zu filtern. Der Abgasstrom wird durch eine Verbrennung erzeugt, beispielsweise durch eine Verbrennung in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors. Der Ruß umfasst Partikel, welche als Nebenprodukt bei der Verbrennung entstehen. Der Ruß verbleibt im Partikelfilter, wodurch sich die Rußmenge Ms, welche sich im Partikelfilter befindet, erhöht. Der so gefilterte Ruß wird dadurch nicht von einem Abgasstrom stromabwärts des Partikelfilters umfasst.The purpose of the particulate filter is to filter soot from an exhaust gas stream. The exhaust gas flow is generated by combustion, for example by combustion in a combustion chamber of an internal combustion engine. The soot comprises particles which are produced as a by-product during combustion. The soot remains in the particulate filter, which increases the amount of soot Ms, which is located in the particulate filter. The thus-filtered soot is thereby not covered by an exhaust gas flow downstream of the particulate filter.
Die Filterwirkung des Partikelfilters ist abhängig von der Rußmenge Ms, welche sich in dem Partikelfilter befindet. Für eine größere Rußmenge Ms im Partikelfilter erhöht sich die Filterwirkung des Partikelfilters. Für den Betrieb des Verbrennungsmotors, insbesondere für die Einhaltung von gesetzlichen Regelungen zur Abgasreinheit, ist es daher vorteilhaft, die Rußmenge Ms und, darauf basierend, die Filterwirkung des Partikelfilters zu bestimmen und/oder zu berechnen.The filter effect of the particulate filter is dependent on the amount of soot Ms, which is located in the particulate filter. For a larger amount of soot Ms in the particulate filter increases the filter effect of the particulate filter. For the operation of the internal combustion engine, in particular for compliance with legal regulations on exhaust gas purity, it is therefore advantageous to determine the amount of soot Ms and, based thereon, the filtering effect of the particulate filter and / or to calculate.
Bei der Berechnung der Rußmenge Ms im Partikelfilter wird die Rußreduktion MSR subtraktiv berücksichtigt. Eine Berechnung der Rußreduktion MSR ist daher relevant für eine Bestimmung der Rußmenge Ms.When calculating the amount of soot Ms in the particulate filter, the soot reduction M SR is taken into account subtractive. A calculation of the soot reduction M SR is therefore relevant for a determination of the amount of soot Ms.
Beispielsweise bei längeren Schubphasen während des Betriebs des Verbrennungsmotors kommt es zu einer erhöhten Sauerstoffmenge Mo im Partikelfilter. Abhängig von der Partikelfiltertemperatur T1 kommt es, durch den Abbrand des Rußes, zu einer Rußreduktion MSR im Partikelfilter. Die Rußreduktion MSR ist dabei die Menge an Ruß, die sich durch Abbrand des Rußes nicht mehr im Partikelfilter befindet. Dabei führen höhere Temperaturen T1 zu einer Erhöhung der Rate des Abbrandes. Die Rate des Abbrandes ist höher, für eine schnellere Rußreduktion MSR. Der Grund dafür ist, dass eine Erhöhung der Temperatur T1 zu einer Beschleunigung von chemischen Reaktionen führt, die zum Abbrand des Rußes führen. Die Temperatur T1 beschreibt dabei die Temperatur des Partikelfilters, die dieser zu Anfang des Abbrandes aufweist.For example, during longer coasting phases during operation of the internal combustion engine, there is an increased amount of oxygen Mo in the particulate filter. Depending on the particulate filter temperature T 1 , the soot burn-off causes soot reduction M SR in the particulate filter. The soot reduction M SR is the amount of soot that is no longer in the particulate filter due to combustion of the soot. Higher temperatures T 1 lead to an increase in the rate of burnup. The rate of burnup is higher, for a faster soot reduction M SR . The reason for this is that an increase of the temperature T 1 leads to an acceleration of chemical reactions, which lead to the burnup of the soot. The temperature T 1 describes the temperature of the particulate filter, which has this at the beginning of the burnup.
Bezogen auf die Sauerstoffmenge Mo, welche für die Rußreduktion MSR zur Verfügung steht, ergibt sich eine Erhöhung der Rate des Abbrandes für eine Erhöhung der Sauerstoffmenge Mo bis zu einem Grenzwert für die Sauerstoffmenge. Für eine über den Grenzwert für die Sauerstoffmenge hinausgehende Sauerstoffmenge Mo bleibt die Rate des Abbrandes annährend konstant. Der Grund dafür ist, dass ab dem Grenzwert für die Sauerstoffmenge genug Sauerstoff für die Reaktion und damit den Abbrand des Rußes zur Verfügung steht. Ein zusätzliches Vorhandensein an Sauerstoff resultiert daher nicht in einer Erhöhung der Rate des Abbrandes.Based on the amount of oxygen Mo, which is available for the soot reduction M SR , there is an increase in the rate of burnup for increasing the amount of oxygen Mo up to a limit for the amount of oxygen. For an oxygen amount Mo exceeding the limit value for the amount of oxygen, the rate of burnup remains approximately constant. The reason for this is that from the limit for the amount of oxygen enough oxygen for the reaction and thus the combustion of the soot is available. An additional presence of oxygen therefore does not result in an increase in the rate of burnup.
Die Berücksichtigung von T1 und MO für die Rußreduktion MSR ermöglicht eine genauere Berechnung der Rußmenge Ms im Partikelfilter, und damit eine genauere Berechnung der Filterwirkung. Eine genauere Berechnung bedeutet in diesem Fall, dass die Ergebnisse der Berechnungen für die Rußmenge Ms besser mit einer tatsächlichen Rußmenge, welche sich in dem Partikelfilter befindet, übereinstimmen. Dies ermöglicht einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors, da Verbrennungsmotorparameter, beispielsweise für die Dosierung eines Kraftstoffes für die Verbrennung, auf die tatsächliche Filterwirkung optimiert eingestellt werden können. Die tatsächliche Filterwirkung ist dabei die Filterwirkung des Partikelfilters, die sich aus der tatsächlichen Rußmenge ergibt, welche sich in dem Partikelfilter befindet.The consideration of T 1 and M O for the soot reduction M SR allows a more accurate calculation of the amount of soot Ms in the particulate filter, and thus a more accurate calculation of the filter effect. A more accurate calculation in this case means that the results of the calculations for the soot amount Ms match better with an actual soot amount that is in the particulate filter. This allows a more environmentally friendly operation of the internal combustion engine, since internal combustion engine parameters, for example, for the metering of a fuel for combustion, can be set optimized for the actual filtering effect. The actual filter effect is the filter effect of the particulate filter, which results from the actual amount of soot that is in the particulate filter.
Zudem wird für das Verfahren eine Temperatur T2(MS1) für die Berechnung der Rußreduktion MSR berücksichtigt. Durch die chemischen Reaktionen, welche beim Abbrand von Ruß im Partikelfilter ablaufen, ändert sich die Temperatur des Partikelfilters. Diese Änderung wird in der Temperatur T2(MS1) berücksichtigt.In addition, a temperature T 2 (M S1 ) for the calculation of the soot reduction M SR is taken into account for the method. Due to the chemical reactions that occur during the combustion of soot in the particulate filter, the temperature of the particulate filter changes. This change is taken into account in the temperature T 2 (M S1 ).
Die Erhöhung der Temperatur basiert auf Exothermie, welche beim Abbrand des Rußes auftritt. Dadurch kommt es zu einer Erhöhung der Rate des Abbrandes. Um diese Erhöhung bei der Berechnung zu berücksichtigen, wird die durch Exothermie steigende Temperatur des Partikelfilters T2 (MS1) berücksichtigt. Dabei ergibt sich auch eine Abhängigkeit von einer vorhandenen ersten Rußbeladung MS1. Für eine höhere erste Rußbeladung MS1 ergibt sich eine höhere Temperatur T2 (MS1), da eine größere Menge an Ruß für den Abbrand zur Verfügung steht. Der Abbrand selbst hat durch Exothermie eine weitere Erhöhung der Temperatur T2 (MS1) zur Folge. Dadurch erhöht sich die Rate des Abbrandes.The increase in temperature is based on exothermicity which occurs when the soot burns. This leads to an increase in the rate of burnup. To take account of this increase in the calculation, the temperature of the particulate filter T 2 (M S1 ) rising due to exothermicity is taken into account. This also results in a dependence on an existing first soot loading M S1 . For a higher first soot loading M S1 results in a higher temperature T 2 (M S1 ), since a larger amount of soot is available for the burn-up. The burnup itself has a further increase of the temperature T 2 (M S1 ) due to exothermicity. This increases the rate of burnup.
Zudem steigt für das Verfahren die Temperatur T2(MS1) mit einer steigenden Dauer tSR an. Die Dauer tSR ist die Dauer, über welche der Abbrand des Rußes stattfindet. Für eine längere Dauer tSR erhöht sich die Rate des Abbrandes bis zu einem Grenzwert für die Dauer. Danach sinkt die Rate des Abbrandes wieder, bezogen auf die Dauer tSR. In addition, the temperature T 2 (M S1 ) increases with an increasing duration t SR for the method. The duration t SR is the duration over which the combustion of the soot takes place. For a longer duration t SR , the rate of burnup increases up to a duration limit. Thereafter, the rate of burnup decreases again, based on the duration t SR .
Der Grenzwert für die Dauer ist gekennzeichnet durch die Rußreduktion MSR. Sobald ein Teil der Rußmenge Ms abgebrannt ist, sinkt die Anzahl der Reaktionspartner für die folgende exotherme Reaktion, wodurch die Temperatur T2 (MS1) sinkt. Das zieht ein Sinken der Rate des Abbrandes nach sich.The limit value for the duration is characterized by the soot reduction M SR . As soon as a portion of the amount of soot Ms is burned, the number of reactants for the following exothermic reaction decreases, whereby the temperature T 2 (M S1 ) decreases. This entails a decrease in the rate of burnup.
Die zusätzliche Berücksichtigung der Parameter MS1, T2(MS1) und tSR ermöglicht eine Berechnung der Rußmenge MS, welche besser übereinstimmt mit der tatsächlich im Partikelfilter befindlichen Rußmenge, da physikalische und chemische Prozesse, welche beim Abbrand des Rußes ablaufen, besser durch die Berechnung abgebildet werden. Dies ermöglicht eine zusätzlich erhöhte Genauigkeit für die Berechnung der Rußreduktion MSR, und damit der Rußmenge Ms und der Filterwirkung des Partikelfilters.The additional consideration of the parameters M S1 , T 2 (M S1 ) and t SR allows a calculation of the amount of soot M S , which better coincides with the amount of soot actually present in the particulate filter, since physical and chemical processes that take place during the combustion of the soot better be mapped by the calculation. This allows an additional increased accuracy for the calculation of the soot reduction M SR , and thus the soot amount Ms and the filtering effect of the particulate filter.
Zusätzlich wird so eine genauere Bestimmung und/oder Berechnung der tatsächlichen Filterwirkung des Partikelfilters und dadurch einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht, da Verbrennungsmotorparameter, beispielsweise für die Verbrennung, auf die tatsächliche Filterwirkung optimiert gewählt werden können.In addition, a more accurate determination and / or calculation of the actual filter effect of the particulate filter and thus a more environmentally friendly operation of the internal combustion engine is made possible because engine parameters, for example, for combustion, optimized for the actual filtering effect can be selected.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Steuerung für einen Partikelfilter und einen Partikelfilter, wobei die Steuerung eingerichtet ist, für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.The exhaust aftertreatment system according to the invention comprises a controller for a particulate filter and a particulate filter, wherein the controller is set up for carrying out a method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst ein Programm das, wenn es von einer erfindungsgemäßen Steuerung ausgeführt wird, die Steuerung veranlasst, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.The computer program product according to the invention comprises a program which, when executed by a controller according to the invention, causes the controller to carry out a method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine genauere Berechnung der tatsächlichen Filterwirkung des Partikelfilters. Dadurch wird es der erfindungsgemäßen Steuerung, beispielsweise durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts ermöglicht, den Partikelfilter derart zu steuern, dass gesetzliche Regelungen zur Abgasreinheit nicht unterschritten werden. Zudem ermöglicht dies einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors.The inventive method allows a more accurate calculation of the actual filtering effect of the particulate filter. This makes it possible for the controller according to the invention, for example by the use of the computer program product according to the invention, to control the particulate filter in such a way that statutory regulations on exhaust gas purity are not exceeded. In addition, this allows a more environmentally friendly operation of the engine.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe further advantageous embodiments of the invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figur näher erläutert.Preferred embodiments will be explained in more detail with reference to the following figure.
Die Rußreduktion MSR und damit der Abbrand sowie insbesondere die Rate des Abbrands von Ruß in einem Partikelfilter
In einem weiteren Ausführungsbeispiel berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren für die Berechnung eine zweite Partikelfiltertemperatur T2 (MS1), wobei T2 (MS1) abhängig von einer vorhandenen ersten Rußbeladung MS1 ist.In a further exemplary embodiment, the method according to the invention takes into account a second particle filter temperature T 2 (M S1 ) for the calculation, wherein T 2 (M S1 ) is dependent on an existing first soot load M S1 .
Bei einer bloßen Berücksichtigung von T1 und MO bleibt unberücksichtigt, dass sich die Temperatur des Partikelfilters
Diese Abhängigkeit ist beispielsweise in einem zweiten Kennfeld und/oder durch einem ersten Set an Polynomen und/oder einem ersten Set an Wertetabellen in der Steuerung
Dies ermöglicht eine zusätzlich erhöhte Genauigkeit bei der Bestimmung und/oder Berechnung der tatsächlichen Filterwirkung des Partikelfilters
In einem weiteren Ausführungsbeispiel berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren für die Berechnung der Rußreduktion MSR eine Dauer tSR. In a further exemplary embodiment, the method according to the invention for the calculation of the soot reduction M SR takes into account a duration t SR.
Es ergibt sich eine höhere Rate für den Abbrand für längere Dauern tSR des Abbrandes bis zu einem Grenzwert für die Dauer des Abbrandes. Danach sinkt die Rate des Abbrandes bezogen auf die Dauer tSR. Ein Grenzwert für die Dauer tSR ist beispielsweise eine Zeit von etwa 20 s. In dieser Zeit kann der größte Teil des Rußes im Partikelfilter
Die Abhängigkeit der Rate des Abbrandes von der Dauer tSR ist dabei beispielsweise als zweites Polynom und/oder als zweite Wertetabelle in der Steuerung
Dies ermöglicht eine zusätzlich erhöhte Genauigkeit bei der Bestimmung und/oder Berechnung der tatsächlichen Filterwirkung des Partikelfilters
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine erste Aktion zur Rußreduktion im Partikelfilter
Die erste Aktion kann dabei eine Schubphase des Verbrennungsmotors sein. Dabei erhöht sich der Wert für Mo und bei einer genügend hohen Temperatur T1 kommt es zu einem Abbrand von Ruß im Partikelfilter
Basierend auf den Berechnungen zur Rußmenge Ms und zur Rußreduktion MSR im Partikelfilter
Dadurch wird eine minimale Filterwirkung gewährleistet, was einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht.As a result, a minimum filter effect is ensured, which allows a more environmentally friendly operation of the internal combustion engine.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die erste Aktion abgebrochen, wenn die Dauer tSR einen Grenzwert für die Dauer übersteigt. Eine zweite Abbruchbedingung umfasst diesen Abbruch.In a further embodiment, the first action is aborted when the duration t SR exceeds a limit for the duration. A second abort condition includes this abort.
Diese zweite Abbruchbedingung ist eine Alternative zur ersten Abbruchbedingung, und gewährleistet ebenfalls eine minimale Filterwirkung des Partikelfilters
Vorteilhafterweise gewährleistet dies eine schnellere Berechnung einer minimale Filterwirkung, was einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht.Advantageously, this ensures a faster calculation of a minimum filter effect, which allows a more environmentally friendly operation of the internal combustion engine.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren die Durchführung einer zweiten Aktion zum vollständigen Abbrand der Rußmenge Ms im Partikelfilter
Nach dem vollständigen Abbrand von Ruß aus dem Partikelfilter
Beispielsweise kann die zweite Aktion auch aktiv von dem Steuergerät
Eine genauere Berechnung von Ms ermöglicht einen umweltschonenderen Betrieb des Verbrennungsmotors, da Verbrennungsmotorparameter, beispielsweise für die Verbrennung, auf die tatsächliche Filterwirkung optimiert gewählt werden können.A more accurate calculation of Ms allows a more environmentally friendly operation of the internal combustion engine, as combustion engine parameters, for example, for combustion, optimized for the actual filtering effect can be selected.
Die beschrieben Ausführungsbeispiele können einzeln oder in Kombination ausgeführt werden.The described embodiments may be performed individually or in combination.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst ein Programm das, wenn es von einer Steuerung
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